DE2545090B2 - Vorrichtung zur loesbaren befestigung eines objekts an einem rohrfoermigen gehaeuse - Google Patents
Vorrichtung zur loesbaren befestigung eines objekts an einem rohrfoermigen gehaeuseInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur lösbaren Befestigung eines Objektes an einem rohrförmigen
Gehäuse, das über eine radial bewegliche Halteeinrichtung mit einem Kragen verbunden ist, mit einer Hülse,
die eine Axialbohrung aufweist, in der ein Verschlußglied absetzbar ist und durch welche die radial
bewegliche Halteeinrichtung nach außen hin beaufschlagbar ist, bis nach dem Aufsetzen des Verschlußgliedes
auf der Hülse und dem Erreichen eines vorgegebenen Aufsetzdruckes die Hülse wenigstens teilweise nach
unten verschoben ist, und mit Dichtungen zwischen dem Verschlußglied und dem Gehäuse, durch welche dieses
bei auf der Hülse aufsitzendem Verschlußglied abdichtbar ist.
Eine solche Vorrichtung zur Auslösung von Stopfen bei Zementiervorgängen in Ölbohrungen ist bekannt
durch die US-PS 37 96 260. Bei dieser bekannten Vorrichtung ist in einem rohrförmigen Gehäuse eine
zylindrische Führung vorgesehen, oberhalb derer die Innenwandung unter Bildung einer Kingschuiter nach
außen zurückspringt. In der Führung ist ein Kragen geführt, der durch eine radial bewegliche: Halteeinrichtung
gegenüber dem Gehäuse festgehalten wird. Diese Haltevorrichtung besteht in einer Radialbohrung des
Kragens, in welcher eine Kugel angeordnet ist. Diese Kugel ragt radial nach außen aus der Radialbohrung
heraus und sitzt auf der Ringschulter des Gehäuses auf. Eine Hülse, die eine Axialbohrunf aufweist, sitzt
innerhalb des Kragens und verhindert die Einwärtsbewegung der Kugel in der Radialbohrung, d. h. beaufschlagt
die radialbewegliche Halteeinrichtung nach außen hin. Die Hülse ist durch einen Scherstift mit dem
Kragen verbünden. Bei Aufsetzen eines Verschlußgliedes auf die Hülse und dem Erreichen eines vorgegebenen
Aufsetzdruckes wird die Hülse unter Abscheren des Scherstiftes um eir Stück nach unten verschoben. Die
Kugel kann nach innen ausweichen und gleitet von der Ringschulter des Gehäuses ab, wodurch sich Hülse und
Kragen gemeinsam von dem Gehäuse lösen.
Diese bekannte Vorrichtung hat noch gewisse Mängel: Die Halterung des Kragens mit d°r Hülse am
Gehäuse erfolgt praktisch mit Punktkontakl nur über die Kugel. Es ist daher erforderlich, die Kugel aus sehr
hartem Material herzustellen. Das bringt wiederum die Gefahr mit sich, daß sich die Kugel in das Material der
Ringschulter eindrückt. Hierdurch kann die Sicherheit des Auslösevorganges beeinträchtigt werden. Es ist
weiterhin erforderlich, nach dem Zementieren der Bohrung den das »Objekt« bildenden Stopfen auszubohren.
Dieser Ausbohrvorgang stößt auf Schwierigkeiten wenn der Stopfen gehärtete Teile wie eine solche
gehärtete Kugel enthält.
Durch die US-PS 37 89 926 ist ein Zementiereinsatz bekannt. In eine Verrohrung eines Bohrloches ist ein
rohrförmiger Zementiereinsatz eingebaut, der seitliche öffnungen aufweist. In dem Zementiereinsatz ist eine
Abdeckhülse angeordnet, welche mit entsprechenden öffnungen versehen ist. Im Ausgangszustand sind die
öffnungen der Abdeckhülse gegen die des Zementiereinsatzes nach oben versetzt, so daß die Abdeckhülse
die öffnungen des Zementiereinsatzes abdeckt. In einem Betriebszustand ist die Längsbohrung der
Abdeckhülse durch ein in der Verrohrung herabgefallenes Verschlußglied abgeschlossen und die Abdeckhülse
so weit nach unten verschoben, daß die öffnungen des Zementiereinsatzes und der Abdeckhülse fluchten. Es
kann dann Zement durch die Verrohrung hinab- und durch die öffnungen in den Ringrauin zwischen
Verrohrung und Bohrlochwandung gepumpt werden. In einem Endzustand ist die Abdeckhülse noch weiter in
dem Zementiereinsatz nach unten bewegt, so daß die öffnungen außer Fluchtung gelangen und die öffnungen
des Zementiereinsatzes durch die Abdeckhülse wieder abgedeckt werden.
Bei dieser bekannten Vorrichtung ist in der Arbeitsstellung die Abdeckhülse als »Objekt« durch
einen zusammenziehbaren Kragen in Gestalt eines Sprengringes gehalten, der in einer Umfangsnut der
Abdeckhülse sitzt und in eine Umfangsnut an der Innenwandung des Zementiereinsatzes eingreift. Der
Zementiereinsatz bildet dabei ein rohrförmiges Gehäuse und die untere Wandung der Umfangsnut einen
Innenrand, mit welchem der Sprengring lösbar verriegelt ist. In die Abdeckhülse ragt eine Hülse mit einer
Axialbohrung und einem sich erweiternden oberen Ende. Diese Hülse ist durch Scherglieder mit der
Abdeckhülse verbunden und weist an ihrem oberen Ende einen Sitz für ein in der Verrohrung hrrabgepumptes
Verschlußglied auf. Durch Druck auf das Verschiußglied wird ein Abscheren der Scherglicdcr
bewirkt. Dadurch wird die Hülse in die Abdeckhülse hineingeschoben und drückt über Schrägflächen des
iu
40
45 sich erweiternden oberen Endes den Sprengring radial
nach außen in die Umfangsnut des Zementiereinsatzes. Damit wird die Verriegelung der Abdeckhülse mit dem
Zementiereinsatz gelöst, und die Abdeckhülse kann sich abwärts bis zu einem Anschlag in den Endzustand
bewegen.
Bei dieser Anordnung wird somit der zusammenziehbare Kragen, d. h. der Sprengring, der eine radial nach
innen gerichtete Vorspannung besitzt, durch das erweiterte obere Ende der Hülse aufgeweitet gehalten,
um die Verriegelung des Objekts, d. h. der Abdeckhülse, zu lösen. Der Sprengring ist daher bei der bekannten
Anordnung nur solange formschlüssig in der Ringnut des Zementiereinsatzes gehalten, solange das erweiterte
obere Ende der Hülse sich im Bereich der Ringnut des Zementiereinsatzes befindet. Das ist bei einem Zementiereinsatz
realisierbar, bei dem sich das »Objekt« nach dem Lösen der Verriegelung nur eine kurze Strecke
abwärts bewegt und das obere Ende der Hülse daher den Sprengring weiterhin zurückhalten kann. Diese
Anordnung ist jedoch weniger vorteilhaft bei Anwendungen, bei der en das »Objekt« mit der Hülse nach
Lösen der Verriegelung eine große Strecke in der Verrohrung abwärtsbewegt werden soll.
Durch die US-PS 37 89 925 ist ein Verankerungsglied zur Verankerung von Bohrlochausrüstungen innerhalb
einer Verrohrung bekannt. Dieses Verankerungsglied rastet mit radial auswärts bewegbaren Verriegelungsgliedern in Ringräumen ein, die zwischen den Stirnflächen
der Rohrabschnitte und innerhalb der die Rohrabschnitte verbindenden Verbindungsmuffen gebildet
sind. Das Verankerungsglied wird mittels einer Positionierungsvorrichtung durch einen von außen
aufgebrachten Druckmitteldruck gegen die Wirkung des Bohrlochdruckes in der Verrohrung heruntergepumpt.
Nach dem Einrasten des Verankerungsgliedes in dem Ringraum wird der aufgebrachte Druckmitteldruck
vermindert, so daß der Bohrlochdruck nach Abscheren eines Schergliedes die Positionierungsvorrichtung wieder
nach eben treibt, wobei das Verankerungsglied in der Einraststellung verriegelt bleibt. Diese Anordnung
setzt einen Bohrlochdruck voraus, der die Positionierungsvorrichtung nach oben bewegt. Das Lösen wird
einfach durch Abscheren eines Schergliedes bewirkt.
Durch die DT-OS 15 83 823 ist eine Vorrichtung zur
Verriegelung einer Bohrlochabsperrvorrichtung in einer Verrohrung, beispielsweise einer Bohrlochabsperrvorrichtung
an einem Bohrlochkopf, bekannt, bei welcher radial aufwärts bewegbare Verriegelungsglieder
in eine Ringnut an der Innenfläche der Verrohrung eingreifen. Die VerriegelungsgHeder werden über
Schrägflächen von einer Hülse nach außen gedrückt, die an diesen Schrägflächen mit einer sich verjüngenden
Stirnfläche anliegt. Die Hülse ist mit einem Gewinde geführt und über ein Rohrgestänge verdrehbar. Diese
bekannte Vorrichtung setzt somit eine Betätigung durch ein bis zu der Vorrichtung hinabreichendes Rohrgestänge
od. dgi. voraus, was bei großen Tiefen zu Schwierigkeiten führt.
Eine bevorzugte Anwendung, auf welche die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist, sind die Halterung und
das Auslösen des oberen Zementierstopfens beim Zementieren von Ölbohrungen od. dgl. Dabei handelt es
sich um folgendes: Ölbohrungen werden häufig mit einer Verrohrung ausgekleidet. Zwischen der äußeren
Verrohrung und der Bohrlochwandung ergibt sich dabei ein mantclförmigcr Raum, und es ist vorteilhaft, diesen
Raum mit Zement auszufüllen. Dadurch erhöht sich die
Stabilität der Verrohrung. Die Verrohrung ist besser gegen Gegendruck und Korrosion durch im Erdreich
enthaltene Flüssigkeiten gesichert, und umgekehrt ergibt sich ein zusätzlicher Schutz gegen eine
Verunreinigung des Grundwassers durch die geförderte Flüssigkeit. Es gilt nun, angerührten, nicht verunreinigten
Zement in diesen Ringraum einzubringen.
Zu diesem Zweck sind im oberen Teil der Verrohrung übereinander ein oberer und ein unterer Zementierstopfen
gehaltert, die je einen axialen Durchgang besitzen. :
Es wird nun durch eine Kugel oder ein anderes Verschlußglied, die man durch das Bohrrohr in das
Bohrloch fallen läßt und die den Durchgang des oberen Zementierstopfens passiert, der Durchgang des unteren
Zementierstopfens abgesperrt. Durch das Bohrrohr, das z. B. durch das Wasser hindurch vom Meeresgrund zu
einer Bohrplattform führt, wird dann die angerührte, flüssige Zementmasse unter Druck auf die Zementierstopfen
geleitet. Der obere Zementierstopfen wird davon zunächst nicht beeinflußt, da sein Durchgang
geöffnet ist. Der Druck wirkt jedoch auf den unteren Zementierstopfen, wodurch Scherstifte abscheren, die
diesen unteren Zementierstopfen gehalten hatten, und der Zementierstopfen sich bohrlochabwärts bewegt,
gefolgt von dem hineingepumpten Zement. Der untere Zementierstopfen trennt dabei den Zement von den
Bohrlochflüssigkeiten. Wenn die zum Ausfüllen des zu zementierenden Teils des mantelförmigen Raumes
erforderliche Menge an Zement derart in das Bohrloch gepumpt worden ist, wird die Zementzufuhr beendet
und ein oberer Auslösestopfen freigegeben. Verdrängungsflüssigkeit unter Druck, wie Bohrschlamm oder
Wasser, treiben diesen auf den oberen Zementierstopfen, und er verriegelt sich mit diesem, wobei er den
axialen Durchgang dieses oberen Zementierstopfens abschließt. Anschließend wird eine Druckflüssigkeit,
ζ. B. Bohrschlamm, auf den oberen Zementierstopfen geleitet, so daß dieser durch Abscheren von Scherstiften
freigegeben wird und sich ebenfalls bohrlochabwärts bewegt. Die eingepumpte Druckflüssigkeit drückt jetzt
den Zement in dem Bohrloch hinunter, bis der untere Zementierstopfen auf einem unteren Endstück der
Verrohrung zum Aufsitzen kommt. Unter dem Druck der Druckflüssigkeit und des Zementes öffnet ein
Auslaß, und der Zement wird dann von unten her oder durch eine Seitenöffnung der Verrohrung an der
Außenseite der Verrohrung entlang in den mantelförmigen Raum zwischen Verrohrung und Rohrlochwandung
nach oben gedrückt. Bei weiterer Verdrängung kommt der obere Zementierstopfen auf dem unteren Zementierstopfen
zum Aufsitzen, wodurch die Verrohrung unten abgeschlossen und der Zement sicher in dem
mantelförmigen Raum gehalten wird. Der obere Zementierstopfen gewährleistet außerdem eine sichere
Trennung von Zement und Druckflüssigkeit. Die Kugel und der obere Auslösestopfen sind bekanntermaßen
getrennt auslösbar übereinander in einem Stopfenbehälter angeordnet, der das Bohrrohr oben abschließt
und vorteilhafterweisc auch den Zementeinlaß enthält (Vgl. I IALLIiU)RZON SFKVlCFS SALIiS AND
SFRVlCl-: CATALOG: No. 37. S. 2404-2405 sowie US-PS 24 38^22. US-PS 33 64 44b und US-PS
35<Γ)Γ>42).
Fs haben sich bei solchen /cmcntiersiopfensystemen
Schwierigkeiten dadurch ergeben, daß die Zementierstopfen vorzeitig auslosen Da bei der Bohrlochz.cmen·
Herum' naturgemäß die Zementierstopfen am F.nde
einzementiert werden, lsi die Ursache einer solchen
vorzeitigen Auslösung schwer festzustellen. Es sind jedoch verschiedene wahrscheinliche Ursachen ermittelt
worden. Eine solche Ursache ist das Brechen von Scherstiften infolge von Drehkräften, die auf die
Zementierstopfen relativ zu dem Teil des Bohrloches wirken, an dem die Zementierstopfen befestigt sind.
Eine zweite Ursache ist der in der US-PS 36 16 850 beschriebene Druckstoß, der beim Aufsetzen des
Verschlußgliedes auf dem jeweiligen Zementierstopfen auftritt. Es sind auch Schwierigkeiten dadurch aufgetreten,
daß die Zementierstopfen überhaupt nicht ausgelöst wurden. Die Ursache hierfür war auch sehr schwer zu
ermitteln, da die Beweisstücke, wie obenerwähnt, in das Bohrloch einzementiert sind, also herausgebohrt und
damit zerstört werden müssen, um das Bohrloch für den späteren Betrieb zu öffnen. Eine Ursache wurde jedoch
festgetellt, nämlich das Fressen oder Reibkorrosion von Stahlkugeln, die bei bekannten Auslösemechanismen
verwendet werden (vgl. den vorerwähnten HALLl-BURTON-Katalog, S. 2404), um den Einfluß der
obenerwähnten Drehkräfte oder Druckstöße zu vermeiden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einem zuverlässig arbeitenden Befestigungs- und
Auslösemechanismus für solche und ähnliche Zwecke zu schaffen, der einerseits eine sichere Auslösung im
gewünschten Zeitpunkt gewährleistet, aber andererseits auch beim Auftreten der geschilderten Drehkräfte und
Druckstöße nicht vorzeitig auslöst.
Ausgehend von einer Vorrichtung der eingangs definierten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß
dadurch gelöst, daß der zwischen Hülse und Gehäuse angeordnete Kragen einen zusammenziehbaren, nach
außen erweiterten oberen Rand aufweist, der auf eine "> Innenschulter des Gehäuses auflegbar ist, und daß das
Objekt von einem Verbindungsstück getragen ist, das an dem Kragen lösbar befestigt ist.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das Objekt über einen zusammenziehbaren Kragen längs
i des gesamten Umfanges gleichmäßig auf der Ringschulter
des Gehäuses abgestützt und nicht mit Punktkontakt über eine Kugel. Dadurch wird die Last gleichmäßiger
verteilt und die Gefahr eines Eindrückens in die Ringschulter vermieden, auch wenn der Kragen aus
·'> einem harten Werkstoff hergestellt ist. Da der Krager nach Lösen des Verbindungsstückes und des Objekts
das heißt z. B. eines Zementierstopfens, im Gehäusf gehaltert bleibt, steht die Wahl eines harten Werkstoffe:
für den Kragen auch einem späteren Ausbohren de· (> Zcmenüerstopfcns nicht entgegen.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegen stand der Untcransprüchc.
Die Erfindung ist nachstehend an einem Ausführung;·
bcispiel unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näht
. erläutert:
Fig. 1 ist ein schenialischcr Vertikalschnitt eint
Zementierstopfensystems, bei welchem das Gerät nac der Erfindung verwendet werden kann;
F i g. 2 ist eine geschnitten-perspektivische Darstc
i lung eines erfindungsgemäßen Auslösegerätes für di
oberen Stopfen;
Fig. 2a, 2b, 2c und 2d sind schematisehe Schnitta
sichten nur eier rechten Seite des Gerätes von F i g. 2 verschiedenen Hetriebs/.uständen.
" In l'iy. 1 ist der Grundaufhau eines Zemcnticrsto
fensystems 1 zum Zementieren der Verrohrung mit Wasser dargestellt.
Has /ementierslopk-nsyMein 1 enthält einen auf c
Bohrplattform 3 oberhalb der Meeresoberfläche 4 angeordneten Teil 2, einen im Meer verlaufenden Teil 5
zwischen der Bohrplattform und dem Meeresboden 6, und einen unterirdischen Teil 7 unterhalb des Meeresboden
6.
Der auf der Bohrplattform angeordnete Teil 2 enthält einen Stopfenbehälter 8, einen oberen Auslösestopfen 9,
einen zurückziehbaren Kolben 11, eine Auslösekugel 12, einen Kugelkanal 13, einen verschiebbaren Kolben 14,
einen Zementeinlaß 15 und einen oberen Teil eines Bohrrohres 16. Der obere Auslösestopfen 9 sitzt im
oberen Teil 10 des Stopfenbehälters 8. Der zurückziehbare Kolben 11 hält lösbar den oberen Auslösestopfen 9.
Die untere Auslösekugel 12 sitzt in dem Kugelkanal 13, der unterhalb des Kolbens 11 seitlich an dem
Stopfenbehälter 8 angebracht ist, und liegt an dem verschiebbaren Kolben 14 an. Der Zementeinlaß 15 ist
vorzugsweise seitlich an dem Stopfenbehälter 8 unterhalb des Kolbens 11 vorgesehen, obwohl der
Zementeinlaß auch sonst irgendwo zwischen dem Kolben 11 und dem unterirdischen Teil 7 angeordnet
sein könnte. Das Bohrrohr 16 erstreckt sich von dem Stopfenbehälter 8 nach -jnten.
Der im Meer verlaufende Teil 5 enthält den mittleren Teil des Bohrrohres 16 und ein unten an dem Bohrrohr
16 angebrachtes Einbaustück 17.
Der unterirdische Teil enthält einen Verrohrungsträger ItS, ein Zementierkopfzwischenstück 19, einen
Auslösemechanismus 20 für den oberen Stopfen, eine innere Verrohrung 21, eine äußere Verrohrung 22, einen
oberen Zementierstopfen 23 und einen unteren Zementierstopfen 24. Der Verrohrungsträger 18 ist am
oberen Ende der äußeren Verrohrung befestigt und das Einbaustück 14 ist abdichtend an dem Verrohrungsträger
18 angebracht, wodurch das Bohrrohr indirekt abdichtend an dem unterirdischen Teil 7 angebracht ist.
Der Verrohrungsträger 18 hält die innere Verrohrung 21 innerhalb der äußeren Verrohrung 22 unter
Freilassung eines Verrohrungsringraumes 25 zwischen diesen. Das Zementierkopfzwischenstück 19 hängt von
dem Einbaustück 17 herab und hält und trägt den Auslösemechanismus 20 für den oberen Stopfen. Der
Auslösemechanismus 20 hält den oberen Zementierstopfen 23, und der obere Zementierstopfen 23 hält
seinerseits lösbar den unteren Zementierstopfen 24.
Es wird nachstehend der Aufbau des Auslösemechanismus
20 für den oberen Stopfen in seiner Haltestellung im einzelnen unter Bezugnahme auf F i g. 2 beschrieben:
Der Auslösemechanismus 20 enthält ein Gehäuse 30, eine Buchse 40, einen Kragen 50, eine Hülse 60, ein
Verbindungsstück 70 für den oberen Zementierstopfen, ein Scherglicd 80 und ein Drehgelenk 90. In der in F i g. 2
dargestellten Haltestellung trägt das Gehäuse 30 innen
die Buchse 40, welche das Drehgelenk 90 innerhalb des Gehäuses 30 sichert und abstützt. Das Drehgelenk 90
trägt innen den Kragen 50, und der Kragen 50 irägi innen das Verbindungsstück 70. Das Verbindungsstück
70 trägt innen die Hülse 60 mittels des Schergliedes 80, welches die Innenfläche des Verbindungsstückes 70 mil
der Außenfläche der Hülse 60 verbindet.
Das Gehäuse 30 ist ein Zylinder mit einer Axialbohrung 31, welcher zwischen einem oberen F.nde
32 und einem unteren Ende 33 verläuft. Ein oberes Innengewinde 34 erstreckt sich von dem oberen Ende 32
nach unten über eine Strecke im Gehäuse 30, die eine feste Schraubverbindung des Gehäuses 30 mit dem
Zementierkopfzwischenstück 19 von Fig.! gestattet.
F.ine axiale Gegenbohrung 35 von größerem Durchmesser als die Axialbohrung 31 erstreckt sich von dem
unteren Ende 33 aufwärts zu einem Mittelteil 36 des Gehäuses 30, so daß ein ringförmiger Absatz 37 gebildet
wird. Der ringförmige Absatz 37 kann gegebenenfalls ■■> sich verjüngend ausgebildet sein. Ein unteres Innengewinde
38 erstreckt sich in der Gegenbohrung um eine Strecke nach oben, die ausreicht, um eine feste
Schraubverbindung mit der Buchse 40 zu gewährleisten, wie unten beschrieben ist. Eine Feststellschraube 39
to verbindet das Gehäuse 30 mit der Buchse 40 und stellt so
sicher, daß die Buchse nicht außer Eingriff mit dem Gehäuse 30 gedreht werden kann.
Die Buchse 40 ist ein Zylinder mit einer Axialbohrung 41 und einer oberen äußeren Eindrehung 42. Die Buchse
ι 5 40 weist auch eine axiale Gegenbohrung 43 auf, die sich
von ihrem oberen Ende 44 nach unten erstreckt und einen ringförmigen Absatz 45 bildet. Die axiale
Gegenbohrung 43 ist mit einer ersten Nut 46 versehen, die eine erste Dichtung 47 aufweist, so daß ein
.'ο Druckmitteldurchtritt zwischen dem Kragen 50 und der
Buchse 40 verhindert wird. Der ringförmige Absatz 45 kann gegebenenfalls sich verjüngend ausgebildet sein.
Die äußere Eindrehung 42 ist mit einer zweiten Nut 46;ϊ versehen, die eine zweite Dichtung 47a enthält, so daß
2r> ein Druckmitteldurchtritt zwischen dem Gehäuse 30
und der Buchse 40 verhindert wird. Die äußere Eindrehung 42 ist weiterhin mit einer Ausnehmung 48
zur Aufnahme der Feststellschraube 39 versehen. Weiterhin ist die Eindrehung mit einem Außengewinde
»ο 49 entsprechend dem unteren Innengewinde 38 des
Gehäuses 30 versehen. Das obere Ende 44 der Buchse 40 bildet einen ringförmigen Lagerabsatz, wenn die
Buchse 40 in das Gehäuse 30 eingeschraubt ist.
Das Drehgelenk 90 enthält ein Lauflager 91 und ein
ii Drucklager 92. Das Drucklager 92 ist ein ringförmiges
Band von im wesentlichen der gleichen Ringfläche wie der vom oberen Ende 44 der Buchse 40 innerhalb des
Gehäuses 30 gebildete ringförmige Lagerrand, und das Drucklager 92 sitzt auf dem oberen Ende 44 der Buchse
•in 40. Das Lauflager 91 hat einen ringförmigen Querschnitt
von im wesentlichen der gleichen Fläche wie sowohl das Drucklager 92 als auch das obere Ende 44, und das
Lauflager 91 ruht drehbar auf dem Drucklager 92. Das Lauflager 91 kann gegebenenfalls sich verjüngend
-^ ausgebildet sein.
Der Kragen enthält einen oberen zusammenziehbaren Randteil 51, einen oberen geschlitzten Teil 52, einer
Mittelteil 53, einen unteren geschlitzten Teil 54 unc einen unteren ausdehnbaren Randteil 55. Der obere
>|> geschlitzte Teil 58 hat eine ausreichende Länge, so daL
er von dem oberen Rand des Lauflagers 91 nach tinte; an dem Drucklager 92 vorbei bis gerade oberhalb dei
Nut 46 der Buchse 40 reicht. Der Teil 52 ist geschütz und hat eine verminderte Dicke, so daß er eil
'''' Einwärtsbiegen desselben gestattet. Der untere ge
schlitzte Teil 54 hat eine ausreichende Länge, so daß e: von dicht unterhalb der Nut 46 nach unten zu cmc
Ausnehmung 77 des Verbindungsstückes 70 für der oberen Zementierstopfen reicht, wie unten beschriebei
><> ist. Der Teil 54 ist geschlitzt und hat eine vermindert!
Dicke, so daß er ein Auswärtsbiegen desselbei gestattet. Der Teil 53 verbindet die Teile 52 und 54 um
deckt die Dichtung 47 der Buchse 40 ab. Der Teil 53 ha einen Außendurchmesser, der größer ist als de
>'< Durchmesser der Axialbohrung- 41 aber kleiner als de
Durchmesser der Gegenbohrung 43, so daß ciin Abwärtsbewegung des Teils 53 durch den ringförmigei
Absatz 45 begrenzt ist. Der /usammenziehbare Randtei
70'JMH/i:
51 hat einen äußeren Rand 56, der über den oberen Rand des Lauflagers 91 greift, wenn er von dem sich
erweiternden Ende 62 der Hülse 60, wie unten beschrieben, festgehalten wird. Der ausdehnbare Randteil
55 weist einen inneren Rand 57 auf, der in eine > äußere Ausnehmung 77 des Verbindungsstücks 70 für
den oberen Zementierstopfen greift. Der ausdehnbare Randteil 55 ist durch die Axialbohrung 41 der Buchse 40
einwärts festgehalten.
Das Verbindungsstück 70 für den oberen Zementier- ι ο stopfen ist ein Hohlzylinder mit einem oberen Abschnitt
71, einem mittleren Abschnitt 72 und einem unteren Abschnitt 73. Durch den unteren Abschnitt 73 verläuft
eine axiale Bohrung 74, während eine Gegenbohrung von größerem Durchmesser als die Bohrung 74 durch ι·>
den oberen Abschnitt 71 und den mittleren Abschnitt 73 verläuft und eine untere innere Ringschulter 76 bildet.
Der mittlere Abschnitt 72 ist mit einer äußeren Ausnehmung 77 versehen, der an den Umfang des
inneren Randes 57 des ausdehnbaren Randteils 55 des :υ
Kragens 50 angepaßt ist. Der obere Abschnitt 71 des Verbindungsstücks 70 ist mit einer äußeren Nut 71a
versehen, die eine Dichtung 716 aufnimmt. Die Dichtung 71 b liegt an dem Teil 53 des Kragens 50 an und
verhindert einen Druckmitteldurchtritt zwischen dem r> Kragen 50 und dem Verbindungsstück 70. Der obere
Abschnitt weist auch eine Abscherbohrung 81 auf, welche das verbindungsseitige Ende des Schergliedes 80
aufnimmt. Das Abscherloch 81 grenzt an eine entsprechende Abscherausnehmung 65 der Hülse 60 an. so
Der mittlere Abschnitt 72 des Verbindungsstückes 70 ist aus unten beschriebenen Gründen mit einer inneren
Ausnehmung 78 versehen. Die Ausnehmung 78 erzeugt eine obere innere Ringschulter 76.1 und bewirkt ein
weiteres Zurückspringen der Ringschulter 76. Der untere Abschnitt 73 ist mit einem Außengewinde 79
versehen, welches ein entsprechendes Gewinde des oberen Zementierstopfens 23 von F i g. 1 aufnimmt.
Die Hülse 60 ist ein Zylinder mit einer Axialbohrung 61 und enthält ein oberes, sich erweiterndes Ende 62. -to
Das sich erweiternde Ende 62 ist mit einer Sitzfläche verschen, die in bekannter Weise zur dichtenden
Aufnahme des oberen Aulösestopfens 9 von F i g. 1 eingerichtet ist, wodurch die Axialbohrung 31 des
Gehäuses 30 in Zusammenwirken mit den oben beschriebenen Dichtungen 46, 46a, 71/j und der unten
beschriebenen Dichtung 66 dicht abgeschlossen wird. Das sich erweiternde Ende 62 hat einen Außendurchmesser,
der gerade geringfügig kleiner ist als der Innendurchmesser des oberen zusammenziehbaren w
Randtcils 51 des Kragens 50, so daß das sich erweiternde Ende 62 den Rand 56 auf dem Lauflager 91
hält, solange wie das sich erweiternde Ende an dem Randteil 51 anliegt. Der untere Abschnitt 64 ist mit einer
Absehcrausnehmung65 versehen, die zur Aufnahme des v>
hiilsenseitigcn (indes 83 des Schergliedes 80 eingerichtet ist, so daß die Hülse 60 in ihrer Stellung gehalten
wird, in welcher das sich erweiternde Ende an dem Randteil des Kragens 50 anliegt. Der untere Abschnitt
M isi auch mil einer äußeren Diehtungsnut 67 versehen, im
welche eine Dichtung 66 aufnimmt, die an der axialen
(icgenbohning 75 des Verbindungsstückes 70 anliegt, so
daß ein Druckmittcldiirchtritl zwischen dem Verbindungsstück
70 und der Hülse 60 verhindert wird. Der liniere Abschnitt 64 ist weiterhin mit einer äußeren br>
Ri'gi'laufnL'hiiiiing 68 verschci, die einen atisdehnbaren
Ric|.'elnng 69 aufnimmt, welcher sich, wie linien
beschrieben, in die Ausnehmung 78 ausdehnen kann.
Der mittlere Abschnitt 63 und der untere Abschnitt 64 haben einen Außendurchmesser, der geringfügig kleiner
ist als der Durchmesser der axialen Gegenbohrung 75 aber größer als der Axialbohrung 74, so daß eine
Abwärtsbewegung der Hülse 60 innerhalb des Verbindungsstückes 70 durch die Schulter 76 begrenzt wird.
Der untere Abschnitt 64 kann mit einer axialen Gegenbohrung 61a versehen sein, so daß eine
verriegelnde Ringschulter 69a erzeugt wird, welche mit dem oberen Auslösestopfen 9 zusammenwirken kann,
derart, daß der Auslösestopfen 9 in dichtender Anlage an der Sitzfläche in der Hülse 60 gehalten wird, wenn
diese obere Auslösestopfen wie unten beschrieben, erst einmal dort zum Aufsitzen gekommen ist.
Das Scherglied 80 weist ein hülsenseitiges Ende 83 und ein verbindungsstückseitiges Ende 82 und Teile
dazwischen auf. Das Scherglied wird von der Abscherbohrung 81 in dem Verbindungsglied und der Abscherausnehmung
65 in der Hülse 60, wie vorstehend beschrieben, aufgenommen, so daß ehe ausreichende
Abwärtskraft auf die Hülse 60 das Scherglied 80 abschert und damit die Auslösung des oberen
Zementierstopfens 23 von Fig. 1 in der unten beschriebenen Weise in Gang setzt.
Die Wirkungsweise der beschriebenen Anordnung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die
F i g. 2a —2d beschrieben, welche den Auslösemechanismus 20 für den oberen Stopfen in vier aufeinanderfolgenden
Betriebszuständen zeigt. Diese Betriebszustände sind der Haltezustand von F i g. 2a, der Hülsenauslösungszustand
von Fig. 2b, der Kragenauslösungszustand von F i g. 2c und der Verbindungsstückauslösungszustand
von F i g. 2d.
In Fig. 1 ist der Auslösemechanismus 20 in seinem
Haltezustand, wie er in Zusammenhang mit Fig. 2
beschrieben ist. Wenn der Auslösemechanismus 20 für den oberen Stopfen wie beschrieben aufgebaut und in
ein Zementiersystem der oben beschriebenen und in Fig. 1 dargestellten Art eingebaut ist, wird der
Stopfenauslösevorgang in üblicher Weise dadurch eingeleitet, daß man die Auslösekugel 13 für den unteren
Stopfen durch das Bohrrohr 16 in dichtende Stellung in dem unteren Zementierstopfen 24 herabfallen läßt und
Zement über den Zementeinlaß 16 in das Bohrrohr pumpt. Ein fortgesetztes Pumpen bewirkt ein Abscheren
(nicht dargestellter) Stifte, welche den unteren Zementierstopfen 24 an dem oberen Zementierstopfen
23 halten, und der untere Zementierstopfen 24 wird ausgelöst und bewegt sich in üblicher Weise rohrabwärts.
Wenn genügend Zement in das Bohrrohr 16 gepumpt worden ist, läßt man den oberen Auslösestopfen
9 durch Zurückziehen des Kolbens 11 fallen, beendet das Einpumpen von Zement und beginnt mit dem
Einpumpen einer typischen Verdrängungsflüssigkeit wie Bohrschlamm.
Wenn in F i g. 1 und 2a der obere Aiislöseslopfen 9 die
Sitzfläche erreicht und sich in üblicher Weise mit der ringförmigen Ricgelschultcr 69a verriegelt, so daß die
Axialbohrung 61 der Hülse gegen Druckmitteklurchlritt abgedichtet ist, beginnt der Auslösevorgang des
Auslösemechanismus 20 für den oberen Stopfen. Der Auslösemechanismus 20 bleibt in dem I lallezustaiul von
Fig. 2a, bis in der Axialbohrung 31 ein vorgegebener
Auslösedruck erreicht ist. Wenn dieser Auslösedruck
erreicht ist, wird auf die Hülse 60 eine Abwärtskraft
ausgeübt, die ausreicht, um das Seherglied 80 abzuscheren. Dadurch wird die Hülse 60 freigegeben und kann
sich in dem Verbindungsstück 70, wie in F i g. 2h
dargestellt ist, abwärtsbewegen. Diese Abwärtsbewegung wird durch die Ringschulter 76 begrenzt. Die
Abwärtsbewegung der Hülse 60 führt zu einer Abwärtsbewegung des sich erweiternden Endes 62
gegenüber dem zusammenziehbaren Randteil 51 des Kragens 50. Wenn das sich erweiternde Ende unter den
zusammenziehbaren Randteil 51 gelangt, ist der Randteil 51 nicht mehr nach auswärts festgehalten und
kann sich wie in F i g. 2b von dem Lauflager 91 weg zusammenziehen.
Wenn in F i g. 2c die Hülse 60 die Schulter 76 erreicht,
bewirkt der fortdauernde Druck in der Axialbohrung 31, daß die Hülse 60 den Kragen 50 innerhalb der
Axialbohrung 43 (siehe Fig. 2c) nach unten drückt, wobei der ausdehnbare Randteil 55 nach unten aus der
Axialbohrung 41 der Buchse 40 herausbewegt wird. Diese Abwärtsbewegung des Kragens 50 bewirkt eine
Abwärtsbewegung des Verbindungsstückes 70, da der innere Rand 57, wie vorstehend beschrieben, in der
Ausnehmung 77 des Verbindungsstückes 70 gehalten wird, bis der ausdehnbare Randteil 55 sich vollständig
aus der Axialbohrung 4t herausbewegt und sich, wie in
F i g. 2d dargestellt, nach außen ausdehnt.
Wenn in Fig. 2d der Teil 53 des Kragens 50 den
ringförmigen Rand der Buchse 40 erreicht, wird eine weitere Abwärtsbewegung des Kragens 50 verhindert,
jedoch wird eine weitere Abwärtsbewegung der Hülse 60 und des Verbindungsstückes 70 nicht dadurch
verhindert, daß der Teil 53 den ringförmigen Rand 45 erreicht, da der untere geschlitzte Teil 54 des Kragens
50 nach unten aus der Axialbohrung 41 herausgetreten ist und daher der geschlitzte Teil 54 nach außen gebogen
werden kann, um den inneren Rand 57 aus der Ausnehmung 77 des Verbindungsstückes 70 herauszubewegen.
Dadurch werden das Verbindungsstück 70, die Hülse 60 und der obere Auslösestopfen 9 ausgelöst und
können sich rohiabwärts bewegen, wobei die Axialbohrung
41 für den Druckmitteldurchtritt freigegeben wird. Während die Axialbohrung 41 so für den Druckmitteldurchtritt
freigegeben wird, ist die Axialbohrung 61 der Hülse 60 immer noch durch den oberen Auslösestopfen
9 dicht abgeschlossen, so daß ein Druckmittcldurchtritt durch die Axialbohrung 61 verhindert wird. Ein
Druckmitteldurchtritt um das Verbindungssiück 70 herum wird verhindert durch die Abstreifer des oberen
Zementierstopfens, der auf dem Gewinde 79 des Verbindungsstücks 70 befestigt ist.
Das Lauflager 91 und das Drucklager 92 gestalten eine freie Drehung des Kragens 50 in der Buchse 40,
wodurch eine Verdrehung des Verbindungsstückes 70 ermöglicht wird, das anfänglich frei drehbar in dem
Kragen 50 gehalten ist. Somit können sich die ■> Zementierstopfen 23 und 24 frei gegenüber dem
Zementierkopfzwischenstück 19 verdrehen. Diese Drehfreiheit verhindert eine vorzeitige Auslösung des
Zementierstopfens infolge von Drehkraften, welche den Zementierstopfen 23 gegenüber dem Zementierkopf-
K) zwischenstück zu verdrehen suchen.
Während des anfänglichen Einführens des unterirdischen
Teils 7 des Zementierstopfensystems 1 in die innere Verrohrung 21, leisten die Abstreifer der
Zementierstopfen 23 und 24 einem solchen Einführen
ι ο Widerstand und verursachen so eine aufwärts gerichtete
Kraft auf das Verbindungsstück 70 des Auslösemechanismus 20. Diese aufwärts gerichtete Kraft auf das
Verbindungsstück 70 schiebt den ausdehnbaren Randteil 55 des Kragens 50 in der Axialbohrung 41 der
in Buchse 40 aufwärts und bewegt somit den zusammenziehbaren
Randteil 51 aufwärts /ur Anlage an den ringförmigen Rand 37. Eine weitere Aufwärtsbewegung
des Kragens 50 wird durch die Anlage des Randteils 51 an dem Rand 37 verhindert. Der Randteil 51 wird durch
.."> das sich erweiternde Ende 62 der Hülse 60 auch
während dieser Aufwärtsbewegung nach außen hin festgehalten, da das Sehcrglied 80 die Hülse 60 mit dem
Verbindungsstück 70 verbindet, so daß sich das sich erweiternde Ende 62 mit dem zusammenziehbaren
in Randteil aufwärtsbewegt. Ein anderes Mittel zur Begrenzung einer Aufwärtsbcwegung des Kragens 50
wäre eine Begrenzung der Aufwärtsbewegung des Verbindungsstückes 70, indem der Zementierstopfen 23
so geformt wird, daß er bei Befestigung an dem
r> Verbindungsstück 70 an der Unterkante der Buchse 40
zur Anlage kommt. Dadurch würde das Verbindungsstück 70 an einer Aufwärlsbewegung gehindert. Die
Verhinderung einer Aufwärtsbewegung des Verbindungsstückes 70 würde eine Aufwärtsbewegung des
jo daran angebrachten Kragens 50 verhindern.
Das Gerät nach der Erfindung ist /war anhand eines Auslösemechanismus für den oberen Stopfen bei einem
.Stopfensystem für die Zementierung von Ölbohrungen beschrieben. Es ist jedoch für den Fachmann erkennbar,
■π daß die Erfindung keineswegs auf einen solchen
Mechanismus beschränkt ist, sondern einen weiteren Anwendungsbereich bei durch ein Verschlußglied
betätigten lösbaren l.eitungsverbinclungcn besitzt.
llici/u 3 Blatt /eichnuimen
Claims (9)
1. Vorrichtung zur lösbaren Befes ng eines Objektes an einem rohrförmigen Gehä _, das über
eine radial bewegliche Halteeinrichtung mit einem Kragen verbunden ist, mit einer Hülse, die eine
Axialbohrung aufweist, in der ein Verschlußglied absetzbar ist und durch welche die radial bewegliche
Halteeinrichtung nach außen hin beaufschlagbar ist, bis nach dem Aufsetzen des Verschlußgliedes auf der
Hülse und dem Erreichen eines vorgegebenen Aufsetzdruckes die Hülse wenigstens teilweise nach
unten verschoben ist, und mit Dichtungen zwischen dem Verschlußglied und dem Gehäuse, durch welche
dieses bei auf der Hülse aufsitzendem Verschiußglied abdichtbar ist, dadurch gekennzeichnet,
daß der zwischen Hülse (60) und Gehäuse (30) angeordnete Kragen (50) einen zusammenziehbaren,
nach außen erweiterten oberen Rand (51) aufweist, der auf eine Innenschulter des Gehäuses (30)
auflegbar ist, und daß das Objekt von einem Verbindungsstück (70) getragen ist, das an dem
Kragen (50) lösbar befestigt ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Gehäuse (30) und dem
Verbindungsstück (70) ein Drehgelenk (90) angeordnet ist, durch welches das Verbindungsstück (70)
relativ zu dem Gehäuse (30) verdrehbar ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (60) und das Verbindungsstück
(70) durch eine lösbare Verriegelung miteinander verbunden sind, welche die Lage der Hülse (60)
gegenüber dem Verbindungsglied festlegt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet,
daß an dem Gehäuse (30) ein Anschlag angebracht ist, welcher die Abwärtsbewegung des
Kragens (60) innerhalb des Gehäuses (30) begrenzt, und daß an dem Kragen (50) Auslöseelemente
angebracht sind, durch welche das Verbindungsstück (70) nach einer vollen Abwärtsbewegung des
Kragens (50) in dem Gehäuse (30) freigegeben ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kragen (50) oben und unten
spannfutterartig federnd ausgebildet ist und einen zusammenziehbaren oberen, äußeren Rand (56) und
einen ausdehnbaren unteren Rand (55) aufweist und daß der Anschlag aus einem inneren ringförmigen
Absatz (45) an dem Gehäuse (30) und einem entsprechenden mittleren Teil (53) des Kragens (50)
besteht, dessen Außendurchmesser größer als der Durchmesser des inneren Randes des Absatzes (45)
ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (30) ein oberes Ende (32),
ein unteres Ende (33) mit einer axialen Bohrung (35), einen mittleren Teil (36) mit einer axialen Bohrung
(31), welche größer als die axiale Bohrung (35) des unteren Endes (33) ist, wobei zwischen dem unteren
Ende (33) und dem Mittelteil (36) ein ringförmiger Absatz (37) gebildet ist, sowie eine Buchse (40) ,
aufweist, die mit dem unteren Ende (33) verbunden ist und axiale Bohrungen (41,43) aufweist, wobei der
Durchmesser der einen Bohrung (4!) geringer als der der anderen Bohrung (43) und ein zweiter
ringförmiger Absatz (45) zwischen diesen beiden ι Bohrungen (43 bzw. 41) gebildet ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der /.usammenzichbare obere Teil (51)
des Kragens (50) geschlitzt ausgebildet und mit einem oberen äußeren Rand (56) versehen ist, der
sich lösbar auf dem oberen Ende (44) der Buchse (40) abstützt, daß der Kragen (50) einen geschlitzten
unteren Teil (55) mit einem inneren Rand (57) und einen dazwischen liegenden mittleren Teil (53)
aufweist, daß die innerhalb des Kragens (50) angeordnete Hülse (60) eine Sitzfläche aufweist und
ihr sich erweiterndes oberes Ende (62) an die Innenseite des oberen Teils (51) des Kragens (50)
anlegbar ist, wobei in der Ausgangsstellung eine Einwärtsbewegung des oberen Randes (56) des
Kragens (50) blockiert ist, einen mit dem oberen Ende (62) verbundenen Mittelteil (63) und einen mit
dem Mittelteil (63) verbundenen unteren Abschnitt (64), daß das Verbindungsstück (70) eine Abscherbohrung
(81) fluchtend mit einer Abscherausnehmung (65) der Hülse (60) aufweist sowie eine
Ausnehmung (77) auf der Außenseite, die der Form des inneren Randes (57) des Kragens (50) entspricht
und diesen Rand (57) aufnimmt, und einen unteren Abschnitt (73), der zur Halterung des Objektes (23)
eingerichtet ist, und daß ein Abscherglied (80) die Hülse (60) in einer ersten Stellung innerhalb des
Verbindungsstückes (70) lösbar sichert.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem oberen äußeren Rand
(56) des Kragens (50) und dem oberen Ende (44) der Buchse (40) ein Drehgelenk (90) in Form eines
ringförmigen Lauflagers (91) und eines ringförmigen Drucklagers (92) angeordnet ist, durch welches der
Kragen (50) gegenüber dem Gehäuse (30) drehbar ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (30) mit
der Verrohrung (21) eines Bohrloches verbindbar und das an dem Verbindungsstück (70) lösbar
gelagerte Objekt von dem mit einem Längskanal versehenen, oberen Zementierstopfen (23) eines
Bohrloch-Zementiersystems gebildet ist.
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